低成本宽动态范围数据采集电路

低成本宽动态范围数据采集电路
一、任务
设计并制作一个低成本宽动态范围数据采集电路。

该数据采集电路包括输入信号阻抗变换电路及低通滤波电路、浮点放大电路、A/D 转换电路、时序控制电路及单片机系统，其组成框图如图1所示。

二、要求
1．基本要求
（1）阻抗变换电路及低通滤波电路
a ． 输入电压为正弦波，频率20Hz ～2kHz ，幅值100mV ～2.5V 可调；
b ．小信号输入阻抗≥10M Ω；
c ．低通滤波电路通频带为20Hz ～2kHz 。

（2）制作浮点放大电路，其放大倍数可在1、2、4、8、16、32、64、128、
256之间可变，具体放大倍数应根据输入信号幅值自动调整。

（3）A/D 转换器分辨率不低于8位（要求低成本），要求采集电路整体动
态范围为96dB 。

（4）时序控制电路应正确完成浮点放大及A/D 转换电路的控制。

（5）能显示输入电压幅值。

2. 发挥部分
（1）当输入正弦信号幅值为10mV ～100 mV 时，采集电路能正确显示输入
信号波形及幅值。

（2）输入正弦信号最高频率达到20kHz 时，采集电路能正确显示信号波形
及信号幅值。

信号输入
图1 数据采集电路结构
（3）其他。

三、说明
1. 在图1的A点、B点留下测试端口。

2. 动态范围是衡量一个数据采集系统的重要指标，它是指系统允许的最大输入信号幅值与能分辨的最小信号幅值之比。

为了在较低成本的前提下仍能获得较大的动态范围，浮点放大技术是一个好的方法。

浮点放大是通过自动改变放大倍数将大小相差悬殊的采样输入信号放大到A/D转换要求的范围内的信号。

与一般的程控放大器不同，系统的程控信号放大器增益不是事先设定，而是在信号采集的每一个采样间隔t 之内，瞬时地判断输入信号的电平值大小，确定相应的阶码(增益码)，动态地设定程控放大器的放大倍数。

本电路中的浮点放大电路可以保证A/D的输入信号幅值一直处于半量程和满量程之间，在整个输出信号范围内，信号的量化噪声几乎保持一致，保证了A/D转换的相对精度。

A/D转换器的输出称为尾码，由于结果采用“阶码”和“尾码”表示，类似计算机的浮点表示法，所以称为“浮点放大”。

3. 设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。

在
四、评分标准。